专利名称：一种片上系统及其启动方法
技术领域：
本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种片上系统及其启动方法。
背景技术：
一个片上系统(System On Chip, SOC )系统通常包含基准电压产生电路、 电源产生电路、时钟产生电路和数模混合电路四个部分。一4殳来说，基准电压 产生电路需要电源产生电路为其提供电源，而电源产生电路需要基准电压产生 电路为其提供基准电压；时钟产生电路需要电源产生电路为其提供电源，而电 源产生电路需要时钟产生装置为其提供时钟信号；数模混合电路同时需要电源、 基准电压和时钟信号，同时数模混合电路也有可能去控制或调节电源、基准电 压和时钟信号。业界传统启动方法是当外部电源连接到SOC片上系统时，首 先建立一个待机状态，至少复位一部分电路；当接收到一个电源使能信号后， 产生一个时钟信号；当时钟信号达到稳定后，使能基准电压信号，然后内部电
源在时钟信号和基准信号的作用下开始启动；当内部电源达到稳定后，使能功 能模块，从而系统进入到正常工作状态。该传统方法的电源启动时间几乎等于 各个模块的启动时间之和，导致系统启动时间比较慢，不适合需要快速启动系 统的应用场合。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种片上系统及其启动方法，以使SOC系统 能正确快速地启动。
本发明实施例是这样实现的， 一种片上系统，包括 片内电源装置、复位装置和功能装置；所述片内电源装置包括用于产生第 一基准电压的第 一基准电压产生电路和 电源调整器，所迷电源调整器在所述第一基准电压的作用下产生片上系统内部
的其他装置工作所需的电源电压；
所述复位装置在预设的延时时间内使所述功能装置处于复位状态，当延时 时间完成时，解除所述功能装置的复位状态并输出时钟信号，所述功能装置在 所述电源调整器产生的电源电压、所述第一基准电压和所述时钟信号的作用下 开始工作。
本发明实施例还提供了一种片上系统的启动方法，所述片上系统包括片内 电源装置、复位装置和功能装置；所述片内电源装置包括用于产生第一基准电 压的第一基准电压产生电路和电源调整器；所述复位模块包括复位电路和延时 电路；
所述启动方法包括以下步骤
1) :片内电源装置中的电源调整器在所述第一基准电压的作用下启动，同 时复位电路发出复位信号使功能装置处于复位状态，延时电路开始工作；
2) :延时电路完成所设定的时间延时之后，将时钟信号传递到功能装置， 且复位电路的复位信号消失，功能装置开始正常工作。
本发明实施例中， 一旦外部电源连4妻到片上系统，片内电源装置就在第一 基准电压的作用下立即开始启动，不受系统内部其他装置任何复位信号和使能 信号的控制，即不需要等待片上系统其它装置发出任何复位信号或使能信号， 因此大大提高了片上系统的启动速度；并且不需要等待片内电源装置产生的电 源完全达到稳定后，功能装置才开始工作，只要控制功能装置中某个子功能单 元对应的延时电路实现所设定的时间延迟后，该子功能单元就能正常工作，进 一步提高了片上系统的启动速度；当片内电源装置产生的电源电压上升到一定 程度并在使能功能装置之前，通过性能评估装置对片内电源装置产生的电源性 能进行评估，以提升内部电源性能。
图1是本发明实施例提供的片上系统的结构原理图； 图2是图1所示片上系统的启动方法的实现流程图； 图3是图1所示片内电源装置11中的时钟发生器111的一个结构示例图； 图4是图l所示片内电源装置ll中的第一基准电压产生电路112的一个结 构示例图5是图l所示复位装置12中的延时电路121和复位电路122的一个结构
示例图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中， 一旦外部电源连接到片上系统，片内电源装置就在第一 基准电压的作用下立即开始启动，不受系统内部其他装置任何复位信号和使能 信号的控制。
图1示出了本发明实施例提供的片上系统的结构原理，为了便于描述，仅 示出了与本发明相关的部分。
参照图1,片上系统1包括片内电源装置11、复位装置l2、功能装置l3 和性能评估装置14四个部分。片上系统与外部电源2连接，外部电源2可以是 电池或其它的电源生成器，但它只能为片上系统中部分电路提供正确的电源电 压。
片内电源装置11包括时钟发生器lll、第一基准电压产生电路112和电源 调整器113,时钟发生器lll、第一基准电压产生电路112和电源调整器113均 与外部电源2连接，电源调整器113可以是线性调整管(Low Dropout Regulator, LDO)、开关电源或电荷泵。 一旦外部电源2连接到片上系统1，时钟发生器111和第一基准电压产生电路112立即得电开始工作，时钟发生器111产生电源调 整器113所需要的时钟信号，第一基准电压产生电路112产生电源调整器113 所需要的第一基准电压。然后电源调整器113在时钟信号和第一基准电压的作 用下正常启动产生电源电压， 一定时间后，片内电源装置11达到稳定状态。也 就是说， 一旦外部电源2连接到片上系统1，片内电源装置11中的电源调整器 113能至少产生一个稳定的电源电压信号，为片上系统1中的其它装置供电。 由于片内电源装置11的时钟发生器111和第一基准电压产生电路112都不受任 何复位信号和使能信号的控制， 一旦外部电源2连接到片上系统1,时钟发生 器111和第一基准电压产生电路112就能正常工作，并立即启动片内电源装置 11的电源调整器113，即电源装置11的电源调整器113不需要等4寺片上系统1 其它装置发出任何信号后才开始启动，因此大大提高了片上系统1的启动速度。 应当理解，以上关于片内电源装置11的结构仅以需要时钟发生器的应用为 例描迷，对于不需要时钟发生器的应用，片内电源装置11也可不包括时钟发生 器。
复位装置12包括延时电路121、复位电路122、时钟屏蔽器123和时钟发 生器124,其中延时电路121、复位电路122和时钟屏蔽器123由外部电源2 直接供电，而时钟发生器124则由片内电源装置11中的电源调整器113产生的 电源电压供电。当外部电源2连接到片上系统1,复位电路122立即产生复位 信号，将功能装置13进行复位，避免功能装置13在片内电源装置12启动过程 中就开始工作而导致误动作。同时，复位电路122控制与其连接的时钟屏蔽器 123将时钟发生器124产生的时钟信号屏蔽，即不传递到功能装置13。当片内 电源装置11输出的电源电压上升到能使时钟发生器124开始工作时，时钟发生 器124开始产生功能装置13所需要的时钟信号。外部电源2连接到片上系统1 后，延时电路121就开始工作，其经过所设定的时间延迟后，延时电路121向 复位电路122发出控制信号，使复位电路122停止向功能装置13输出复位信号， 复位电路122进而向时钟屏蔽器123发出控制信号，使时钟屏蔽器123将时钟发生器124所生成的时钟信号送到功能装置13，功能装置13开始工作。也就 是说从外部电源2连接到片上系统1到功能装置13开始工作的时间完全由延时 电路121控制，只要延时电路121经过所设定的时间延迟后，功能装置13即可 开始工作。
功能装置13包括多个工作电压不相同的子功能单元，如图1中的第一子功 能单元131和第二子功能单元132，各个子功能单元可以是数字电路、模拟电 路或数模混合电路，用于实现片上系统1所设定的功能。当外部电源2连接到 片上系统1时，复位电路122产生的复位信号将功能装置13复位。片内电源装 置11为功能装置13提供工作所需电源电压和基准电压。与功能装置13中的多 个子功能单元相对应，延时电^各121中设置有多个延时时间，当延时电路121 生成第一延时完成信号后，时钟屏蔽器123将时钟产生器124所生成的时钟信 号送给第一子功能单元131，从而第一子功能单元131开始正常工作；当延时 电路121生成第二延时完成信号后，时钟屏蔽器123将时钟产生器124所生成 的时钟信号送给第二子功能单元132，从而第二子功能单元132开始正常。也 就是说，功能装置13不需要等待片内电源装置11完全稳定后才开始工作，其 可以根据功能装置13中各子功能单元的特性，在电源装置11输出的电源电压
上升过程中，依次控制开始工作。
本发明实施例中，性能评估装置14包括性能评估电路141，当片内电源装 置11发出电源初级稳定信号后，性能评估电路141开始对电源调整器113输出 的电源电压性能进行评估，若检测到片内电源装置11输出的电源电压性能指标 没有达到设定要求(如检测到电源电压值随温度变化比较剧烈或电源电压值没 有精确达到所设定的目标)，则性能评估电路141向电源调整器113发出性能调 整信号。电源调整器113对自身输出的电源电压进行调整后，向性能评估电路 141返回一性能检测信号，性能评估电路141再次对电源调整器113输出的电 源电压性能进行评估，重复上述步骤直到该电源电压性能满足要求。其中电源 初级稳定信号由片内电源装置11的时钟发生器111或电源调整器113发出。进一步地，性能评估装置14还包括与第二基准电压产生电路142和电压基 准选择器143,电压基准选择器143同时与第一基准电压产生电路112和第二 基准电压产生电路142连接。性能评估装置14开始工作之前，第一基准电压产 生电路112控制片内电源装置11的电源调整器113和功能装置13。在系统启 动后，若性能评估电路141检测到第一基准电压产生电路112的第一基准电压不 能满足片内电源装置11或功能装置13中某个子功能单元的性能要求时，则性 能评估电路141通过电压基准选择器143控制用第二基准电压产生电路142产 生的第二基准电压代替第一基准电压，从而优化片内电源装置11输出的电源或 功能装置13中某个子功能单元的性能。若性能评估电路141检测到第一基准电 压性能满足片内电源装置11和功能装置13的要求时，则不需要切换基准电压， 此时可以关闭第二基准电压产生电路142以节省系统功耗。当然，性能评估装 置14不一定需要等片内电源装置11完全稳定后才开始工作，还可以在片内电 源装置11输出的电源电压上升到一定程度后就开始工作，这样可进一步提高片 上系统1的启动速度。
图2示出了图1所示片上系统的启动方法的实现流程，详述如下
在步骤S21中，片内电源装置中的电源调整器立即启动；复位电路发出复 位信号使功能装置处于复位状态，延时电路开始工作。
一旦外部电源连接到片上系统，片内电源装置中的时钟发生器和第一基准 电压产生电路立即得电开始工作，时钟发生器产生电源调整器所需要的时钟信 号，第一基准电压产生电路产生电源调整器所需要的第一基准电压，然后电源 调整器在时钟信号和第一基准电压的控制下立即正常启动，由于片内电源装置 启动时不受任何复位信号和使能信号的控制，即不需要等待片上系统其它装置 发出任何信号后才开始启动，因此大大提高了片上系统的启动速度。
当外部电源连接到片上系统，复位电路立即产生复位信号，将功能装置进 行复位，避免功能装置在片内电源装置启动过程中就开始工作而导致误动作， 同时延时电路开始工作，并在延时等待的时间内控制将功能装置正常工作所需要的时钟信号屏蔽掉。
在步骤S22中，延时电路完成所设定的时间延时，功能装置开始正常工作。 本发明实施例中，功能装置包括多个工作电压不相同的子功能单元，为进 一步提高片上系统的启动速度，使功能装置不需要等到片内电源装置产生的电 源电压完全稳定后才开始工作，根据功能装置中各个子功能单元工作电压的不 同，在延时电路中对应设置有多个延时时间，延时电路完成所设定的时间延时 之后，将时钟信号传递到功能装置，且复位电路的复位信号消失，从而子功能 单元开始正常工作。
进一步地，为保证片内电源装置供给功能装置的电源电压的性能，片上系
统进一步包括一性能评估装置，所述性能评估装置包括一性能评估电路；在步 骤S21和步骤S22之间，还包括下述步骤
在步骤S21U中，性能评估电路评估电源调整器产生的电源电压性能是否
所设定的目标，是则进入步骤S2112,否则进入步骤S2113。
其中，性能评估电路不一定需要等片内电源装置完全稳定后才开始工作，
其可以在片内电源装置输出的电源电压上升到一定程度后就开始工作，这样可
进一 步提高片上系统的启动速度。
在步骤S2112中，性能评估电路停止工作，电源调整器的电源电压保持原
来的性能。
在步骤S2113中，电源调整器根据性能评估电路的性能调整信号，提升所 产生的电源性能。
电源调整器对自身输出的电源电压进行调整后，向性能评估电路返回 一性 能检测信号，性能评估电路再次对电源调整器输出的电源电压性能进行评估， 重复上述步骤直到该电源电压性能满足要求。
进一步地，性能评估装置进一步包括用于产生第二基准电压的第二基准电 压产生电路和电压基准选择器。步骤S2114中，性能评估电路评估第一基准电压能否满足要求。 步骤S2115中，若不能满足要求，电压基准选择器控制输出第二基准电压 至功能装置。
应当理解，本发明实施例及权利要求的步骤标记^f又用于指代该步骤，并不 用于限定步骤执行的先后顺序。
图3示出了图1所示片内电源装置11中的时钟发生器111的一个结构示例， 其为带RC延迟的环行振荡器，其中T1、 T2、 T3为反向器，输出的时钟信号 的频率约为1/4WC。时钟发生器111的电源由外部电源2提供，只要外部电源2 连接到片上系统l，该时钟发生器111就能马上产生一个时钟信号2，带动电源 调整器113启动。
图4示出了图l所示片内电源装置ll中的第一基准电压产生电路112的一 个结构示例，其输入电压为外部电源2,输出基准电压信号，只要外部电源2 连接到片上系统1，第一基准电压产生电路112就能产生一个基准电压信号， 大小为NMOS管Q的栅极电压，即NMOS管Q的阔值电压与其过驱动电压之 和。如果设计该过驱动电压远小于NMOS管21的阈值电压，则基准电压信号 约为NMOS管Q的阈值电压，从而第一基准电压产生电路112产生了一个较 为稳定的基准电压信号。
图5为图1所示复位装置12中的延时电路121和复位电路122的一个结构 示例，其输入信号为外部电源2的信号，输出信号为复位信号。当外部电源2 连接到片上系统l时，外部电源2立即给D触发器1、 D触发器2、 D触发器 3和反向器T供电，但由于电阻R和电容C的延迟，反向器T的输入端在外部 电源2连接到片上系统1一定时间后，仍然保持低电平，从而在这段时间内反 向器T的输出端保持高电平，因此D触发器1、 D触发器2和D触发器3在清 零信号控制下，进行清零动作，从而复位信号一直保持低电平，使功能装置13 处于复位状态。当反向器T的输入端慢慢上升到高电平时，清零信号输出低电 平，从而D触发器1、 D触发器2和D触发器3停止清零动作，开始在时钟信号的控制下工作。从时钟信号开始产生到其第四个上升沿信号到来之前，复位 信号一直保持低电平，使功能装置13—直处于复位状态。当时钟信号的第四个
上升沿信号到来后，延时电路121输出一个上升沿信号给复位电路122,使复 位信号从低电平跳变到高电平，从而功能装置13退出复位状态，开始正常工作。 应当理解，具体实现时，可以根据时间情况设置延时电路121中D触发器的个数。
本发明实施例中， 一旦外部电源连接到片上系统，片内电源装置就能立即 开始启动，不受系统内部其他装置任何复位信号和使能信号的控制，即不需要 等待片上系统其它装置发出任何复位信号或使能信号，因此大大提高了片上系 统的启动速度；并且不需要等待片内电源装置产生的电源完全达到稳定后，功 能装置才开始工作，只要控制功能装置中某个子功能单元对应的延时电路实现 所设定的时间延迟后，该子功能单元就能正常工作，进一步提高了片上系统的 启动速度；当片内电源装置产生的电源电压上升到一定程度并在使能功能装置 之前，通过性能评估装置对片内电源装置产生的电源性能进行评估，以提升内部 电源性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
权利要求
1、一种片上系统，其特征在于，所述片上系统包括片内电源装置、复位装置和功能装置；所述片内电源装置包括用于产生第一基准电压的第一基准电压产生电路和电源调整器，所述电源调整器在所述第一基准电压的作用下产生片上系统内部的其他装置工作所需的电源电压；所述复位装置在预设的延时时间内使所述功能装置处于复位状态，当延时时间完成时，解除所述功能装置的复位状态并输出时钟信号，所述功能装置在所述电源调整器产生的电源电压、所述第一基准电压和所述时钟信号的作用下开始工作。
2、 如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述片内电源装置进一步 包括用于产生时钟信号的时钟发生器，所述电源调整器在所述时钟发生器的时 钟信号和所述第一基准电压的作用下产生片上系统内部的其他装置工作所需的电源电压。
3、 如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述功能装置包括多个工 作电压不相同的子功能单元，所述复位装置预设有与多个所述子功能单元相对 应的延时时间，每当一个延时时间完成后，所述复位装置解除相应子功能单元 的复位状态并输出时钟信号，所述子功能单元在所述电源调整器产生的电源电 压和所述时钟信号的作用下开始工作。
4、 如权利要求l、 2或3所述的片上系统，其特征在于，所述复位装置包括延时电路，用于预i殳一个或多个延时时间；复位电路，用于向所述功能装置输出复位信号，并在所述延时电路完成延 时时间时停止输出复位信号；时钟发生器，用于产生时钟信号；以及时钟屏蔽器，与所述复位电路连接，用于在所述复位电路向所述功能装置输出复位信号时将所述时钟发生器产生的时钟信号予以屏蔽，并在所述复位电 路停止输出复位信号时将所述时钟发生器产生的时钟信号送到所述功能装置。
5、 如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述片上系统进一步包括一性能评估装置，所述性能评估装置包括性能评估电路，用于对所述电源调整器输出的电源电压性能进行评估，若 检测到电源电压性能指标没有达到设定要求，则向所述电源调整器发出性能调 整信号，以使所述电源调整器对自身输出的电源电压进行调整。
6、 如权利要求5所述的片上系统，其特征在于，所述性能评估电路还用于 检查所述第一基准电压是否满足所述功能装置的要求；所述性能评估装置进一 步包括第二基准电压产生电路，用于产生第二基准电压；以及 电压基准选择器，与所述第一基准电压产生电路和所述第二基准电压产生 电路连接，用于在所述性能评估电路在系统启动后检测到所述第一基准电压不 能满足要求时，控制输出所述第二基准电压至所述功能装置。
7、 一种片上系统的启动方法，其特征在于，所述片上系统包括片内电源装 置、复位装置和功能装置；所述片内电源装置包括用于产生第一基准电压的第 一基准电压产生电路和电源调整器；所述复位^^块包括复位电^4口延时电路；所述启动方法包括以下步骤1) :片内电源装置中的电源调整器在所述第一基准电压的作用下启动，同 时复位电路发出复位信号使功能装置处于复位状态，延时电路开始工作；2) :延时电路完成所设定的时间延时之后，将时钟信号传递到功能装置， 且复位电路的复位信号消失，功能装置开始正常工作。
8、 如权利要求7所述的启动方法，其特征在于，所述片上系统的功能装置 包括多个工作电压不相同的子功能单元，所述延时电路预设有与多个所述子功 能单元相对应的延时时间；所述步骤2)具体为每当延时电路完成一个时间延时之后，将时钟信号传递到相应的子功能单元，且该子功能单元的复位信号消失，该子功能单元开始正常工作。
9、如权利要求7或8所述的启动方法，其特征在于，所述片上系统进一 步包括一性能评估装置，所述性能评估装置包括一性能评估电路；在所述步骤 2)之前，所述方法进一步包括下述步骤la)，性能评估电路评估电源调整器产生的电源电压性能是否达到要求； lb)，若电源调整器产生的电源电压性能可以满足要求，则电源调整器的 电源电压保持原来的性能；lc),若电源调整器产生的电源电压性能不可以满足要求，则性能评估装 置向所述电源调整器发出性能调整信号，以使所述电源调整器对自身输出的电 源电压进行调整。
10、如权利要求9所述的启动方法，其特征在于，所述性能评估装置进一 步包括用于产生第二基准电压的第二基准电压产生电路和电压基准选择器；在 所述步骤2)之前，所述方法进一步包括下述步骤1d ),性能评估电路评估第 一基准电压能否满足要求；le)，若不能满足要求，电压基准选择器控制输出第二基准电压至功能装置。
全文摘要
本发明适用于集成电路领域，提供了一种片上系统及其启动方法，片上系统包括片内电源装置、复位装置和功能装置；片内电源装置包括用于产生时钟信号的时钟发生器、用于产生第一基准电压的第一基准电压产生电路和电源调整器，电源调整器提供其他装置工作所需的电源电压；复位装置在预设的延时时间内使功能装置处于复位状态，当延时时间完成时，解除功能装置的复位状态并输出时钟信号，功能装置开始工作。一旦外部电源连接到片上系统，片内电源装置就在第一基准电压的作用下立即开始启动，不受系统内部其他装置任何复位信号和使能信号的控制，大大提高了片上系统的启动速度。
文档编号G06F9/445GK101566974SQ200910107709
公开日2009年10月28日 申请日期2009年5月25日 优先权日2009年5月25日
发明者刘永根, 江 熊 申请人:炬力集成电路设计有限公司